二維原子晶體材料憑借其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注,其中備受關(guān)注的是石墨烯和二硫化鉬材料。石墨烯和二維二硫化鉬通�？梢栽谖⑿⌒巫兿聦崿F(xiàn)較大的電阻變化,并且能夠承受比相應(yīng)體材料更大的彈性應(yīng)變而不致于損傷,使其具備優(yōu)異的應(yīng)變傳感特性。這一性質(zhì)使其在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、可穿戴器件、電子皮膚等方面有著重要的應(yīng)用前景。本論文研究了網(wǎng)狀二硫化鉬和網(wǎng)狀石墨烯薄膜,轉(zhuǎn)移到不同襯底上構(gòu)筑傳感器件的應(yīng)變傳感特性,探討了該傳感器件的應(yīng)變傳感機理和應(yīng)用領(lǐng)域。進一步設(shè)計制造了石墨烯和二硫化鉬的復(fù)合結(jié)構(gòu)器件,研究了其力-電-光多場耦合特性。本論文主要的研究內(nèi)容和成果如下:首次采用化學(xué)氣相沉積法在鉬網(wǎng)表面制備了網(wǎng)狀MoS_2薄膜。通過各種表征方法確認制備出了網(wǎng)狀MoS_2薄膜,然后通過腐蝕基底法將網(wǎng)狀MoS_2薄膜成功轉(zhuǎn)移至聚二甲基硅氧烷襯底上,構(gòu)筑了應(yīng)變傳感器件,測試其應(yīng)變傳感特性,并揭示了其應(yīng)變傳感的機理。制備了網(wǎng)狀石墨烯,并研究了其應(yīng)變傳感特性。通過化學(xué)氣相沉積法在銅網(wǎng)表面制備了網(wǎng)狀石墨烯薄膜,以腐蝕基底法將網(wǎng)狀石墨烯轉(zhuǎn)移到硅片、聚二甲基硅氧烷、雙面膠等襯底上,分別構(gòu)筑應(yīng)變傳感器件,測試其應(yīng)變傳感性能,驗證了網(wǎng)狀石墨烯應(yīng)變傳感器在電子皮膚領(lǐng)域的應(yīng)用前景,并從微觀和宏觀上分別解釋了石墨烯應(yīng)變傳感特性的機理。構(gòu)建了Graphene-MoS_2復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)變傳感器件。利用化學(xué)氣相沉積法在銅箔表面制備了石墨烯薄膜,采用濕法轉(zhuǎn)移方式將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到SiO_2/Si基底上。將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至PET基底上,構(gòu)建了Graphene/PET傳感器件,通過測試發(fā)現(xiàn)Graphene/PET傳感器件對于按壓及振動均能產(chǎn)生電阻響應(yīng),且在振動過程中兩端產(chǎn)生電勢。構(gòu)建Graphene-MoS_2復(fù)合結(jié)構(gòu)傳感器件,性能測試顯示Graphene-MoS_2復(fù)合結(jié)構(gòu)除了應(yīng)變傳感特性之外還具有光電響應(yīng)特性,這對于構(gòu)建力-電-光多場耦合的應(yīng)變傳感器件有著重要作用。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2
【部分圖文】：

原子層數(shù)逐漸減少至 10 個單原子層時，石墨層的電子結(jié)10層以下的石墨結(jié)構(gòu)即可被稱為石墨烯[1]。單層石墨烯的厚m，其獨特的六元環(huán)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)使其具有區(qū)別于其它材料的優(yōu) 1(a)所示[16]，它的結(jié)構(gòu)可以是翹曲狀的零維(0D)富勒烯(Fu米管(Carbon Nanotube, CNT)或者成堆垛狀的三維(3D)石墨本單元均可看作是石墨烯。它是一種零帶隙二維材料如圖子遷移率達到 200 000 cm2 V-1 s-1，是半導(dǎo)體硅(Si)的 140剛石的 3 倍[18]；超大的比表面積，高達 2630 m2/g[19]；單層層數(shù)有限范圍內(nèi)，奇數(shù)層石墨烯的透光性可簡單地用(1-0.0有著優(yōu)異的力學(xué)特性，硬度高于金剛石，每 100 nm 距離度比鋼鐵高出 100 倍。石墨烯內(nèi)部碳原子之間通過共價鍵面時，碳原子面受力會彎曲變形，通過柔性變形來使得碳，從而能夠使石墨烯結(jié)構(gòu)維持穩(wěn)定。此外，石墨烯的彈性和 1 TPa[21]，再加上其優(yōu)異的電學(xué)性能，使其在應(yīng)變傳感領(lǐng)

石墨烯-硫化鉬復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計制備與應(yīng)變傳感性能研究用 1100 ℃ 的熱處理條件使得氧化石墨烯的面電阻從 106降低到 102 /□。常海欣研空氣環(huán)境下 150 ℃熱處理 260 min 獲得了導(dǎo)電性良好的還原型少數(shù)層氧化石墨烯片了石墨烯薄膜場效應(yīng)光學(xué)晶體管。水合肼還原法[29]是利用 N2H4 H2O 還原劑在水熱/溶下對氧化石墨烯表面的含氧基團進行脫除的方法。氧化石墨烯還原法具有過程簡單且，可以大批量制備石墨烯的優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于能量存儲方面如鋰離子電池和超級領(lǐng)域。 熱膨脹剝離法膨脹剝離法[30]是石墨層間化合物在高溫條件下克服石墨片層間的范德華力從而形成烯，如圖 1.2 所示。石墨層間化合物(GIC)是以天然鱗片石墨為原料制備得到的，通過間插入非碳元素的原子、分子、離子甚至原子團使層間距增大， 進而促使層間作用力成層間化合物。因此，該化合物在高溫條件下易分離成石墨烯小片，宏觀上呈現(xiàn)蠕蟲剝離法制備石墨烯存在大小不一，難以調(diào)控最終產(chǎn)物尺寸等缺點。并且制得的石墨烯機溶劑和表面活性劑，對于石墨烯的電學(xué)性能有著較大影響，但是石墨烯結(jié)構(gòu)缺陷少，即結(jié)構(gòu)完整性比較好。

積法制備石墨烯：(a)石墨烯在鎳上的生長機制[33]；(b)石墨技術(shù)轉(zhuǎn)移石墨烯的示意圖[34]；(d)轉(zhuǎn)移到 30 inch PET 薄片上[34]；(e)基于石墨烯的觸摸屏平板通過控制軟件和電腦連接的應(yīng)用的本征遷移率、大的比表面積、優(yōu)異的力學(xué)強度和高的透域有著重要的應(yīng)用價值，隨著對其基本性質(zhì)的研究越來越管金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管[35]，石墨烯場效應(yīng)晶體遷移率是傳統(tǒng)晶體管材料半導(dǎo)體硅的 140 倍，并且石墨烯變化[17]。并且鑒于石墨烯場效應(yīng)晶體管具有更短的溝道和面發(fā)揮獨特的作用。Novoselov 等在 2004 年報道了石墨烯，這是一個突破性進展。該器件以石墨烯下面的一個 300 n個摻雜硅基片作為背柵。這種背柵器件旨在證明一種概念

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